纯电动汽车总体设计及传动系统匹配
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ectrical vehicle, powertrain system, parameters matching, overall
design
IV
山东建筑大学毕业论文
1前 言
1.1 研究背景与意义 汽车自诞生起已有 100 多年的历史，其发展速度不断加快，已成为人们生活中不可缺 少的工具。目前，世界上各种汽车的保有量超过 7 亿，试想如果这些车辆都采用内燃机， 那么所需要的燃油将从何而来?而其排放的废气又将如何处理?目前，每年新生产的各种汽 车约 5000 万辆，按平均每辆汽车年消耗 10-15 桶石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达 到 80—100 亿桶，约占世界石油产量的一半以上。石油资源的开采每年达到几十亿吨，经 过长时期的现代化大规模地开采，石油资源日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源 如果按耳前的消耗水平，石油资源仅仅可以维持 60-100 年[1]。21 世纪以来，石油价格的上 涨已对世界经济的发展形成巨大的威胁，人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。 从 2000 年到 2004 年，中国进口原油从 7000 万吨增至 1.2 亿吨，并呈逐年加大的趋势，预 计 2010 年中的石油总需求量将达到 3.5 亿一 3.8 亿吨，而石油进口依存度将达 51.4％ -52.6％。 据估计汽车排入大气的 C02 已达到 C02 排放总量的 16.9％， 汽车排放的 CO、 NOx、 SOx、Hc 等有害气体危及人的生命，对人体造成伤害。在中国，由于技术水平和汽车排放 标准的不规范，由汽车排放导致的污染更甚。因此，开发清洁、高效、智能的交通车辆， 才能使 21 世纪的交通可持续发展，也是解决能源紧张和环境污染的有效途径[2]。电动汽车 的优势表现为：良好的环境保护效果，噪声低，热效率高，排放的废热少，可回收利用的 能量多，可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题。但也存在续驶里程短，载重量小， 制造成本高等不足。 由于电动汽车具有解决以上两个问题的优势，特别是在环境保护方面的优势，使得电 动汽车的开发与研究得到了各个国家、各个汽车制造商的高度重视。由于电动汽车涉及多 学科，技术含量较高，设计制造复杂，所以开发周期长，开发成本高。建立计算机仿真模 型，对电动汽车的性能进行仿真分析是解决开发周期和开发成本的有效途径。 1.2 电动汽车发展概述 世界上第一台电动汽车诞生于 1834 年，它是由苏格兰人德文博特(Thomas Davenport) 发明的，比 1883 年诞生的第一台内燃机汽车还要早半个世纪。第一台可以反复充电的电动 汽车是法国人乔伍(M.Gustave Trouve)发明的[3]。
3 纯电动汽车动力系统参数匹配设计
3.1 电动轿车驱动系统布置形式的确定 ------------------------------------------ 10 3.2 电动机的选择 ------------------------------------------------------------ 12 3.3 电池的选择 -------------------------------------------------------------- 14 3.4 电动机参数设计 ---------------------------------------------------------- 15 3.5 传动比的确定 ------------------------------------------------------------ 17 3.6 蓄电池的参数匹配 -------------------------------------------------------- 17 3.7 传动系统参数 ------------------------------------------------------------ 19 3.8 本章小结 ---------------------------------------------------------------- 20
I
4.2.1 尺寸参数 -------------------------------------------------------------- 21 4.2.2 质量参数 -------------------------------------------------------------- 22 4.3 整车布置设计 ------------------------------------------------------------ 23 4.3.1 蓄电池布置设计 -------------------------------------------------------- 24 4.3.2 悬架设计 -------------------------------------------------------------- 26 4.3.3 传动系设计 ------------------------------------------------------------ 28 4.3.4 转向系设计 ------------------------------------------------------------ 28 4.3.5 制动系设计 ------------------------------------------------------------ 29
2 电动汽车的结构与关键技术
2.1 电动汽车的基本组成 ------------------------------------------------------- 5 2.2 电动汽车的结构特点 ------------------------------------------------------- 7 2.3 电动汽车的关键技术 ------------------------------------------------------- 8
5 全文总结与展望
5.1 总结 -------------------------------------------------------------------- 30 5.2 展望 -------------------------------------------------------------------- 30
目
摘
录
要--------------------------------------------------------------------- Ⅲ
ABSTRACT ----------------------------------------------------------------------------------------------- Ⅳ 1前 言
谢
辞----------------------------------------------------- 错误! 未定义书签。
参考文献 ------------------------------------------------------------------ 31
II
摘 要
电动汽车是当前解决能源短缺和环境污染问题可行的技术之一。电动汽车是由车载动 力电池作为能量源的零排放汽车。近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起， 逐步向小批量商业化生产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤 其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。电动汽车正呈献出 加速发展的趋势，纯电动汽车作为电动汽车家族中的重要一员，正受到越来越多的关注。 纯电动汽车是以车载储能装置(包括蓄电池、超级电容、飞轮电池等装置)为动力源，以 电动机驱动车辆行驶。由于其不消耗石油，且不产生排放污染，可以避开石油紧缺和环境 污染的双重危机，因此有着广阔的应用前景。 本文研究了电动汽车的结构特点，并根据纯电动汽车的性能要求，提出了一种合适的 动力系统构型，对动力系统进行了参数匹配，并对整车结构参数、传动比参数、电动机参 数、电池组容量参数等进行了匹配设计。对纯电动汽车进行了总体设计，并对关键零部件 进行了布置设计。 关键词：纯电动汽车；动力系统；参数匹配；总体设计
III
The Overall Design of Pure Electric Vehicle and Study on Parameters Matching of the Powertrain System ABSTRACT
Electric vehicle is one of available ways to solve the problems of energy source's lack and pollution of environment. Pure electric vehicle whose energy is power battery loaded on the vehicle is a kind of zero emission vehicles. In recent years, the upsurge of developing electric vehicle is rising all over the world, and developing to the small amount commercialization production gradually. The development of electric vehicle is relying on the progress of several subjects. Especially, further raising the dynamic performance, increasing the driving range and reducing cost are very necessary. Electric vehicle is presenting a trend of accelerated development. As a part of electric vehicle, pure electric vehicle is being more and more attention. Pure electric vehicle which is composed of energy store equipment (such as storage cell, super capacitance, flywheel batteries) uses the motor to drive the vehicle. It could avoid oil shortages and environmental pollution, so EV has long term potential for future main streams. This paper introduces the character of the electric vehicle, and discusses several kinds of configuration of electric vehicle. According to the demand of pure electric vehicle's performance, the parameters of dynamical system are matched. Through the design of the configuration of whole vehicle, the parameters of transmission, motor, batteries and rational control strategy was put forward.
design
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山东建筑大学毕业论文
1前 言
1.1 研究背景与意义 汽车自诞生起已有 100 多年的历史，其发展速度不断加快，已成为人们生活中不可缺 少的工具。目前，世界上各种汽车的保有量超过 7 亿，试想如果这些车辆都采用内燃机， 那么所需要的燃油将从何而来?而其排放的废气又将如何处理?目前，每年新生产的各种汽 车约 5000 万辆，按平均每辆汽车年消耗 10-15 桶石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达 到 80—100 亿桶，约占世界石油产量的一半以上。石油资源的开采每年达到几十亿吨，经 过长时期的现代化大规模地开采，石油资源日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源 如果按耳前的消耗水平，石油资源仅仅可以维持 60-100 年[1]。21 世纪以来，石油价格的上 涨已对世界经济的发展形成巨大的威胁，人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。 从 2000 年到 2004 年，中国进口原油从 7000 万吨增至 1.2 亿吨，并呈逐年加大的趋势，预 计 2010 年中的石油总需求量将达到 3.5 亿一 3.8 亿吨，而石油进口依存度将达 51.4％ -52.6％。 据估计汽车排入大气的 C02 已达到 C02 排放总量的 16.9％， 汽车排放的 CO、 NOx、 SOx、Hc 等有害气体危及人的生命，对人体造成伤害。在中国，由于技术水平和汽车排放 标准的不规范，由汽车排放导致的污染更甚。因此，开发清洁、高效、智能的交通车辆， 才能使 21 世纪的交通可持续发展，也是解决能源紧张和环境污染的有效途径[2]。电动汽车 的优势表现为：良好的环境保护效果，噪声低，热效率高，排放的废热少，可回收利用的 能量多，可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题。但也存在续驶里程短，载重量小， 制造成本高等不足。 由于电动汽车具有解决以上两个问题的优势，特别是在环境保护方面的优势，使得电 动汽车的开发与研究得到了各个国家、各个汽车制造商的高度重视。由于电动汽车涉及多 学科，技术含量较高，设计制造复杂，所以开发周期长，开发成本高。建立计算机仿真模 型，对电动汽车的性能进行仿真分析是解决开发周期和开发成本的有效途径。 1.2 电动汽车发展概述 世界上第一台电动汽车诞生于 1834 年，它是由苏格兰人德文博特(Thomas Davenport) 发明的，比 1883 年诞生的第一台内燃机汽车还要早半个世纪。第一台可以反复充电的电动 汽车是法国人乔伍(M.Gustave Trouve)发明的[3]。
3 纯电动汽车动力系统参数匹配设计
3.1 电动轿车驱动系统布置形式的确定 ------------------------------------------ 10 3.2 电动机的选择 ------------------------------------------------------------ 12 3.3 电池的选择 -------------------------------------------------------------- 14 3.4 电动机参数设计 ---------------------------------------------------------- 15 3.5 传动比的确定 ------------------------------------------------------------ 17 3.6 蓄电池的参数匹配 -------------------------------------------------------- 17 3.7 传动系统参数 ------------------------------------------------------------ 19 3.8 本章小结 ---------------------------------------------------------------- 20
I
4.2.1 尺寸参数 -------------------------------------------------------------- 21 4.2.2 质量参数 -------------------------------------------------------------- 22 4.3 整车布置设计 ------------------------------------------------------------ 23 4.3.1 蓄电池布置设计 -------------------------------------------------------- 24 4.3.2 悬架设计 -------------------------------------------------------------- 26 4.3.3 传动系设计 ------------------------------------------------------------ 28 4.3.4 转向系设计 ------------------------------------------------------------ 28 4.3.5 制动系设计 ------------------------------------------------------------ 29
2 电动汽车的结构与关键技术
2.1 电动汽车的基本组成 ------------------------------------------------------- 5 2.2 电动汽车的结构特点 ------------------------------------------------------- 7 2.3 电动汽车的关键技术 ------------------------------------------------------- 8
5 全文总结与展望
5.1 总结 -------------------------------------------------------------------- 30 5.2 展望 -------------------------------------------------------------------- 30
目
摘
录
要--------------------------------------------------------------------- Ⅲ
ABSTRACT ----------------------------------------------------------------------------------------------- Ⅳ 1前 言
谢
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参考文献 ------------------------------------------------------------------ 31
II
摘 要
电动汽车是当前解决能源短缺和环境污染问题可行的技术之一。电动汽车是由车载动 力电池作为能量源的零排放汽车。近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起， 逐步向小批量商业化生产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤 其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。电动汽车正呈献出 加速发展的趋势，纯电动汽车作为电动汽车家族中的重要一员，正受到越来越多的关注。 纯电动汽车是以车载储能装置(包括蓄电池、超级电容、飞轮电池等装置)为动力源，以 电动机驱动车辆行驶。由于其不消耗石油，且不产生排放污染，可以避开石油紧缺和环境 污染的双重危机，因此有着广阔的应用前景。 本文研究了电动汽车的结构特点，并根据纯电动汽车的性能要求，提出了一种合适的 动力系统构型，对动力系统进行了参数匹配，并对整车结构参数、传动比参数、电动机参 数、电池组容量参数等进行了匹配设计。对纯电动汽车进行了总体设计，并对关键零部件 进行了布置设计。 关键词：纯电动汽车；动力系统；参数匹配；总体设计
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The Overall Design of Pure Electric Vehicle and Study on Parameters Matching of the Powertrain System ABSTRACT
Electric vehicle is one of available ways to solve the problems of energy source's lack and pollution of environment. Pure electric vehicle whose energy is power battery loaded on the vehicle is a kind of zero emission vehicles. In recent years, the upsurge of developing electric vehicle is rising all over the world, and developing to the small amount commercialization production gradually. The development of electric vehicle is relying on the progress of several subjects. Especially, further raising the dynamic performance, increasing the driving range and reducing cost are very necessary. Electric vehicle is presenting a trend of accelerated development. As a part of electric vehicle, pure electric vehicle is being more and more attention. Pure electric vehicle which is composed of energy store equipment (such as storage cell, super capacitance, flywheel batteries) uses the motor to drive the vehicle. It could avoid oil shortages and environmental pollution, so EV has long term potential for future main streams. This paper introduces the character of the electric vehicle, and discusses several kinds of configuration of electric vehicle. According to the demand of pure electric vehicle's performance, the parameters of dynamical system are matched. Through the design of the configuration of whole vehicle, the parameters of transmission, motor, batteries and rational control strategy was put forward.
